[发明专利]具有自我保护效应的多功能TiO2固定膜催化剂制备方法

说明书

技术领域

本发明属于TiO₂固定膜光催化降解水中污染物技术领域。涉及一种具有自我活性保护效应、可同步实现水中有机物与重金属离子去除的TiO₂固定膜催化剂制备方法，具体为采用成型坡缕石作为载体，在其上制备高活性TiO₂固定膜催化剂。

背景技术

TiO₂光催化技术因具有反应条件温和、操作简便、选择性小、无毒等突出优点，尤其对于一些难以生物降解的有毒有害有机化合物具有极强的氧化破坏能力，同时还对细菌、病毒具有杀灭效果，因而备受关注，是一种具有良好应用前景的饮用水深度处理新技术。但是，迄今为止，光催化技术在推广应用方面仍没有取得实质性进展。究其原因，在液相光催化反应中容易出现催化剂活性下降。TiO₂失活，除由反应副产物或中间产物在催化剂表面的吸附或者累积引起外，更重要的是由水体中的无机离子，尤其是Fe^2＋、Mn^2＋等重金属离子导致的不可逆毒害作用。

为了保护催化剂活性，延长其使用寿命，通常设立独立的预处理工艺加以解决。如Crittenden等在太阳能降解BTEX的研究中，设立了包括过滤、氧化、离子交换的水质预处理单元，该预处理方法取得了较好效果，但是需要设置单独的预处理设施，增加了成本与运行费用，不利于技术的商业化推广。单纯通过锰砂过滤对自来水进行预处理，可以有效去除其中的Fe²⁺、Mn²⁺，但是对水中其他重金属离子去除则效果很差。

另一方面，粉末状TiO₂虽然催化效率较高，但存在分离和回收的难题，所以大量的工作集中于固定化催化剂制备研究。TiO₂光催化剂载体材料主要有：玻璃珠、玻璃纤维、硅胶、石英砂、活性炭、不锈钢板、坡缕石等。除活性炭、坡缕石外，其他材料对水中重金属离子没有什么吸附去除效果，对TiO₂活性起不到保护作用。活性炭和坡缕石负载TiO₂时，多以粉末状存在于水中，特别不适于饮用水的深度处理。更重要的是催化剂覆盖在载体表面，不能充分发挥其吸附去除重金属特性，从而实现对TiO₂保护作用。

发明内容

技术问题： 本发明的目的是公开一种具有自我保护效应的多功能TiO₂固定膜催化剂制备方法。用该方法制备的TiO₂固定膜催化剂活性高，具有自我活性保护效应，使用周期长；可以根据反应器的具体形式，将载体材料制成所需形状，装载方便，大大简化反应器结构；同时对水中危害人体健康的重金属离子具有很好的去除作用。

    技术方案：本发明的具有自我保护效应的多功能TiO₂固定膜催化剂制备方

具体包括以下步骤：

第一步： 载体材料的制备：将坡缕石、海藻酸钠、Fe₂O₃按照质量比100：（4~8）：（0.5~7）比例充分混合，再滴加蒸馏水，同时不断搅拌，形成塑性混合材料；

第二步： 载体成型：将所述的塑性混合材料置入模具，压制成所需形状，常温下风干；

第三步： 胶液的制备：胶液配比如下：钛酸四正丁酯：无水乙醇：水：硝

酸=1：（7~12）：（0.04~0.2）：（0.03~0.1），取一半无水乙醇与钛酸四正丁酯均匀混合，形成A液；将另一半无水乙醇、水与浓度1:4硝酸均匀混合形成B液；在剧烈搅拌下，将B液缓慢加入A液，并剧烈搅拌0.5~2小时；然后静置陈化12~48h，备用；

第四步：膜的涂覆： 将成型载体所需覆膜面，浸入所述的胶液中0.5~2分钟，以0.5~3厘米/秒的速度将载体提起脱离液面；然后在室温、干燥、通风环境下自然风干2~6小时；

第五步. 膜的焙烧：将第四步涂覆膜后的载体放入马弗炉中，以1~5℃/分钟的速度升温至450~600℃，并在此温度下保持0.5~3小时，然后自然冷却；

第六步：重复涂覆与焙烧过程：将上述第四部和第五步过程，依次循环重复2~6遍，最终制得本发明的固定膜TiO₂催化剂。